电感耦合等离子体质谱检测羽毛粉中5种重金属含量

闫玉杰， 杨赵伟

（秦皇岛市农产品质量安全检验监测中心，河北秦皇岛 066000）

羽毛粉是以新鲜、无变质、无污染的家禽羽毛为原料，经水解（酶解、酸解、碱解、高温高压水解）、干燥、粉碎获得的饲料原料。羽毛粉粗蛋白质含量高达80%，同时富含氨基酸、微量元素、维生素和其他未知生长因子，广泛应用于家禽、猪、水产动物和其他动物的生产中，对动物生产有积极的影响（王殿纯，2021；曹宏忠，2019；陈志敏等，2019）。生产饲用羽毛粉不但可以避免浪费，降低家禽屠宰对环境造成的威胁，而且可为饲料工业提供蛋白饲料，缓解我国蛋白饲料紧缺的问题，还可以降低动物的饲养成本。然而，鸟类具有将重金属富集到羽毛将其排除体外的特点（谢文羽，2020），因此以家禽羽毛为原料生产的羽毛粉重金属含量存在超标的风险。为了确定羽毛粉中重金属含量，本实验采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测羽毛粉中铬、砷、镉、铅和汞5种金属元素，确保羽毛粉卫生安全。

1 材料与方法

1.1 主要仪器ICAP RQ电感耦合等离子体质谱仪，配镍采样锥和截取锥（主要工作条件见表1），赛默飞世尔科技（中国）有限公司；CP214电子天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；101-1AB电热鼓风干燥箱，天津泰斯特仪器有限公司；EH35B微控数显电热板，北京莱伯泰科仪器股份有限公司；Synergy实验室超纯水仪，Millipore（密理博）公司；FW100高速万能粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司。

表1 ICP-MS的主要工作条件

1.2 主要试剂BV-Ⅲ硝酸，北京化学试剂研究所；ICAP RQ调 谐 液（（Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U）1.0 μg/L，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；铬、砷、镉、铅、汞、钪、锗、铟、铼、铋、金单元素标准储备液（1000 μg/mL），国家有色金属及电子材料分析测试中心；GBW07601（GSH-1）人发标准物质，地球物理地球化学勘查研究所。

1.3 样品制备 从羽毛粉生产厂家采集羽毛粉样品13份，粉碎，全部过1.00 mm尼龙网筛，混匀装入密封袋中，备用。

1.4 样品前处理 准确称羽毛粉样品0.2 g（精确到0.1 mg），将称取的样品置于聚四氟乙烯消解內罐，加入硝酸5.00 mL，静置过夜。密封消解內罐，旋紧不锈钢外套，放入恒温干燥箱消解，于180℃消解1 h，冷却后，缓慢旋松不锈钢外套，将消解內罐取出，在控温电热板上100℃加热30 min，冷却后，用超纯水定容至50 mL。同时做空白实验。1.5标准工作溶液和内标溶液 以5%硝酸溶液为稀释液，对铬、砷、镉、铅、汞单元素储备液逐级稀释，得到混合标准工作溶液，对钪、锗、铟、铋、铼单元素储备液逐级稀释，得到混合内标溶液，标准溶液和内标溶液浓度见表2。标准溶液中含金元素（100 μg/L），作为汞元素的稳定剂，以去除汞元素的记忆效应。

表2 标准溶液和内标溶液浓度 μg/L

2 结果与讨论

2.1 测试条件的选择 为保证仪器的良好状态，ICP-MS经质量校正和自动调谐，使考核元素7Li、59Co、115In、238U在标准模式（STD）下的强度分别不低于8×104、1.0×105、2.2×105、3.0×105cps。

为消除同量异位素造成的质谱干扰，选用52Cr（83.79%）作为待测元素，消除了54Fe对54Cr的干扰（黎浩劲等，2019）；选用111Cd（12.8%）作为待测元素，消除了112Sn对112Cd的干扰和114Sn对114Cd的干扰；选用202Hg（29.86%）和208Pb（52.40%）作为待测元素，避免了204Hg和204Pb的相互干扰。为减少多原子和加合物离子的质谱干扰，选择碰撞模式（KED）测定各待测元素和内标元素，将氦气作为碰撞气，导入ICP-MS的碰撞池，与多原子干扰离子发生碰撞（李丽君等，2021），而不会产生新的干扰（陈煜等，2020）。监测多原子离子产率，59Co/35Cl·16O指示值大于20，监测难熔氧化物产率，140Ce·160/140Ce指示值小于2.0%，监测双电荷产率，137Ba＋＋/137Ba指示值小于3.0%。

为降低基体效应引起的非质谱干扰，仪器进样系统连续稳定的引入内标元素，内标元素的质量数和电离能接近待测元素，且不存在于样品中。为了更好的发挥内标元素的校正功能，配制内标溶液时，要求内标元素强度与待测元素标准曲线最大浓度的强度在同一个数量级。本实验中称样量0.2 g，定容体积50 mL，羽毛粉的灰分为5.8%，总溶解固形物<2%，不会导致高含量总溶解固体引起的物理效应。实验中内标元素的回收率保持在95%～107%，内标元素的强度稳定，因此，待测元素的非质谱干扰不严重。

2.2 消解方法的选择 羽毛粉的主要成分是蛋白质，组成成分简单，试验选择硝酸作为消解酸，首先是因为等离子体所夹带的空气中已有硝酸的组成元素，所以加入硝酸基体后，由H2、N2、O2形成的一些多原子离子的干扰不会显著增加，其次是使用压力罐消解法，5 mL硝酸足够消解0.2 g羽毛粉，不需要使用双氧水、盐酸等其他试剂，空白值低，适用于痕量元素的测定。实验中，羽毛粉经180℃消解1 h后，溶液呈红棕色，100℃加热30 min，赶出消解过程中产生的气体，用超纯水定容至50 mL，消解液清澈无异物，羽毛粉消解完全。

2.3 线性关系与检出限 保证ICP-MS在KED模式下稳定的工作，测定标准溶液和内标溶液中的各元素，得到待测元素的线性回归方程和相关系数（表3）。对试剂空白溶液平行测定10次，对低浓度的元素标准溶液平行测定3次，计算该方法的检出限（王雪梅等，2017）。

表3 待测元素线性回归方程、相关技术和方法检出限

2.4方法的精密度和准确度 准确称取0.2 g（精确到0.1 mg）GBW07601（GSH-1）人发标准物质6份，按照实验前处理方法消解人发标准物质后上机测试，并计算待测元素的回收率和相对标准偏差（RSD）。如表4所示，各待测元素回收率均较高，RSD均＜5%，表明该方法准确度和精确度良好。

表4 人发标准物质分析结果

2.5 羽毛粉中5种重金属元素的含量 铬、砷、镉、铅和汞是饲料中常见的重金属污染物，在饲料卫生中被高度关注。铬是动物的必需微量元素之一，其主要存在形式为Cr3+和Cr6+（王燕等，2018），机体内铬的化合价决定铬的生理活性，三价铬是葡萄糖耐量因子（GTF）的活性成分（Schwarz等，1959），添加到饲料中对畜禽发育、免疫、繁殖和胴体品质有影响（张杰等，2019；刘宏祥等，2014；郭玉华等，2004），六价铬对动物是有害的。砷作为兽药、添加剂等用于动物养殖，是因为有机砷具有促生长、抗球虫、治痢疾等功效（江淼，2019），但使用有机砷增加了人畜中毒和环境污染的风险，现农业农村部已经公告停止生产和使用氨苯胂酸、洛克沙胂这类兽药的原料药及各种制剂。镉、铅和汞是人体非必需元素，镉是环境中毒性最强的重金属元素之一，虽然单质镉本身没有毒性，但是镉的所有化学形态对动物机体都是有害的（钟宁等，2005）。铅在饲料调查中是超标最严重的元素（罗成等2017；王飞等，2015），对动物的多个代谢系统和器官具有积累性损伤的作用。汞以无机汞和有机汞的形式存在，有机汞的毒性比无机汞的毒性要强，而且可以通过食物链的生物积累和生物放大效应影响人类的健康（Perkins等，2020）。

羽毛粉作为蛋白饲料，应用于猪、禽、水产、毛皮等动物的饲料生产，其含有一定的矿物元素，如表5所示。本实验测得羽毛粉中铬、砷、镉、铅和汞5种金属元素的含量，并与GB 13078-2017《饲料卫生标准》中相关限量进行比较，见表6。结果显示，铬元素含量最高，甚至高于雏鸡羽毛中0.23～0.40 μg/kg的含量（郭艳丽等，1996），因为羽毛粉的原料主要来源于成鸡，成鸡的饲养时间更长，贮存了更多的铬元素。但是，羽毛粉中5种重金属元素均未超出饲料卫生标准的限量要求，可以安全使用。

表5 羽毛粉中矿物质元素含量

表6 羽毛粉中5种重金属含量mg/kg

3 结论

本实验采用压力罐消解法处理羽毛粉，使用ICP-MS同时测定铬、砷、镉、铅和汞5种金属元素，人发标准物质验证显示该方法准确度和精确度良好，测得羽毛粉中铬、砷、镉、铅和汞5种金属元素全部低于饲料卫生标准的限量要求，可以安全使用。